CN110344930A - 内燃机的增压压力控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的增压压力控制装置。在WGV和WGV致动器经由四节型的连杆机构连结的结构中抑制以连杆机构的结构为起因的机械误差间偏差的影响。从动旋转轴(16)、原动旋转轴(20)、ACT柄(22)、原动销(24)、杆(26)、从动销(28)以及WGV柄(30)构成连杆机构。由于考虑以连杆机构的结构为起因的机械误差间偏差，所以通过下述式(1)来定义连杆比。其中，Lwg为WGV柄(30)的长度，Lact为ACT柄(22)的长度，α为WGV柄(30)和杆(26)所成的角度，β为ACT柄(22)和杆(26)所成的角度。使用实际连杆比除以目标连杆比所得的修正系数来对向DC电动机输入的电流值进行修正。连杆比＝(Lwg/Lact)*(sinβ/sinα)···(1)。

Description

内燃机的增压压力控制装置

技术领域

本发明涉及对内燃机的增压压力进行控制的装置。

背景技术

在日本特开2006-274834号公报中公开了一种通过电动式的致动器来操作的排气旁通阀(WGV；Waste Gate Valve)。在该WGV致动器的旋转轴上设有与旋转轴的旋转连动地旋转的柄(lever)。在柄的一端经由销连结有杆(rod)。WGV与该杆的前端连接。通过WGV致动器使柄旋转时，杆沿着轴方向移动，其结果是，WGV进行开闭动作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-274834号公报

专利文献2：日本特开2015-040488号公报

专利文献3：日本特开2015-040487号公报

发明内容

发明要解决的问题

考虑在杆的另一端追加另一个柄的连杆机构。该连杆机构成为具备WGV致动器侧的柄(以下也称为“ACT柄”。)和WGV侧的柄(以下也称为“WGV柄”。)的四节型的结构。根据这种四节型的结构，设计的自由度增加。因此，例如能够将WGV致动器安装于压缩机的壳体，实现发动机室的空间的有效利用。另一方面，节的总数增加，因此以连杆机构的结构为起因的机械误差间偏差的影响有可能变大。

本发明鉴于上述那种课题而完成，其目的在于在WGV和WGV致动器经由四节型的连杆机构连结的结构中抑制以连杆机构的结构为起因的机械误差间偏差(instrumentalerror)的影响。

第一发明是用于解决上述的课题的内燃机的增压压力控制装置，具有如下特征。

所述增压压力控制装置具备排气旁通阀、电动式的致动器、连杆机构、旋转角度取得单元和控制单元。

所述排气旁通阀设于绕过增压器的涡轮的路径。

所述致动器连接于所述排气旁通阀。

所述连杆机构设于所述致动器与所述排气旁通阀之间。所述连杆机构将所述致动器的输出向所述排气旁通阀传递。所述连杆机构具备杆、第一柄和第二柄。所述第一柄连结于所述杆的一端。所述第二柄连结于所述杆的另一端。

所述旋转角度取得单元取得所述第一柄或者所述第二柄的旋转角度。

所述控制单元对所述致动器的驱动力进行控制。

所述控制单元基于所述旋转角度来计算所述连杆机构的实际连杆比，基于内燃机的运转状态来设定所述连杆机构的目标连杆比以及所述致动器的目标驱动力，使用所述实际连杆比除以所述目标连杆比所得的值来对所述目标驱动力进行修正。

第二发明在第一发明的基础上还具有如下特征。

所述实际连杆比通过下述式(1)来计算。

实际连杆比＝(L2/L1)×(sinβ/sinα)···(1)

其中，L1为所述第一柄的长度，L2为所述第二柄的长度，α为所述第一柄和所述杆所成的角度，β为所述第二柄和所述杆所成的角度。

第三发明在第一或者第二发明的基础上还具有如下特征。

所述涡轮至少设有两个。

所述涡轮分别并列设于至少两个排气通路。

所述实际连杆比是针对每个所述连杆机构算出的实际连杆比的平均值。

第四发明在第一或者第二发明的基础上还具有如下特征。

所述第一柄位于所述杆的所述致动器侧的一端。

所述旋转角度取得单元取得所述第一柄的旋转角度。

所述控制单元基于所述第一柄的旋转角度来计算所述连杆机构的实际连杆比。

第五发明在第一或者第二发明的基础上还具有如下特征。

所述第二柄位于所述杆的所述排气旁通阀侧的一端。

所述旋转角度取得单元取得所述第二柄的旋转角度。

所述控制单元基于所述第二柄的旋转角度来计算所述连杆机构的实际连杆比。

发明效果

根据第一以及第二发明，通过实际连杆比除以目标连杆比所得的值来修正目标驱动力。实际连杆比基于第一柄或者第二柄的旋转角度来计算。因此，能够根据实际连杆比，来检测连杆机构的实际的工作状态。因此，能够抑制机械误差间偏差的影响并提高增压压力的控制性。

根据第二发明，能够通过式(1)来计算实际连杆比。

根据第三发明，针对每个连杆机构来计算实际连杆比，使用实际连杆比的平均值来修正各致动器的目标驱动力。因此，在内燃机具备多个增压器的情况下，能够抑制与这些增压器对应地设置的多个连杆机构的机械误差间偏差的影响。

根据第四发明，在内燃机具备单个增压器的情况下，能够基于第一柄的旋转角度来检测连杆机构的实际的工作状态。

根据第五发明，在内燃机具备单个增压器的情况下，能够基于第二柄的旋转角度来检测连杆机构的实际的工作状态。

附图说明

图1是说明应用了本发明的各实施方式的增压压力控制装置的WGV驱动装置的结构的图。

图2是说明电动ACT的结构的图。

图3是表示DC电动机的电流指令值与DC电动机的输出转矩之间的关系的图。

图4是说明连杆比和增压压力控制装置的概要的图。

图5是将ACT开度和连杆比的数据标示于图表上的图。

图6是说明本发明的实施方式1中ECU设定驱动电流I_DCM时的控制构造的框图。

图7是说明WGV开度的图。

图8是说明本发明的实施方式2中ECU设定驱动电流I_DCM时的控制构造的框图。

图9是说明双涡轮系统的结构的图。

图10是说明本发明的实施方式3中ECU50对电动ACT18R以及18L进行驱动时的处理的流程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。不过，在以下所示的实施方式中提及各要素的个数、数量、量、范围等的数时，除了特别明示的情况或原理上明显确定为该数的情况以外，本发明并不限定于该提及的数。并且，在以下所示的实施方式中说明的构造或步骤等除了特别明示的情况或明显原理上确定于此的情况以外，在本发明中不一定是必须的。

实施方式1.

首先，参照图1～图6，说明本发明的实施方式1。

1.WGV驱动装置的结构

本发明的实施方式1的内燃机的增压压力控制装置应用于根据WGV的开闭动作来调整增压压力的内燃机。图1是说明应用了实施方式1的增压压力控制装置的WGV驱动装置的结构的图。图1所示的WGV驱动装置安装于增压器10。增压器10具备压缩机12和涡轮14。压缩机12设于内燃机的进气通路，涡轮14设于该内燃机的排气通路。这种增压器10的结构是众所周知的，因此详细的说明省略。

在涡轮14的壳体上形成有将涡轮14的上游侧与下游侧连通的开口部(排气门)。为了对该排气门进行开闭而设置的是WGV。WGV经由在涡轮14的壳体上安装的从动旋转轴16等与电动致动器(以下也称为“电动ACT”。)18连接。

在电动ACT18的盖上安装有原动旋转轴20。在原动旋转轴20上设有与原动旋转轴20一体地旋转的ACT柄22。ACT柄22经由原动销24连结于杆26。杆26经由从动销28连结于WGV柄30。WGV柄30与从动旋转轴16一体地旋转。

从动旋转轴16、原动旋转轴20、ACT柄22、原动销24、杆26、从动销28以及WGV柄30构成“连杆机构”。从动旋转轴16、原动旋转轴20、原动销24以及从动销28被看作为节，因此该连杆机构也称为四节式的连杆机构。

原动旋转轴20旋转时，ACT柄22旋转，该旋转向杆26、WGV柄30传递。并且，WGV柄30旋转时，从动旋转轴16旋转，WGV进行开闭动作。

图2是说明电动ACT18的结构的图。如图2所示，电动ACT18具备DC电动机，图2中描绘了连结于该DC电动机的轴的小齿轮32。小齿轮32设置成与原动正齿轮34啮合。原动正齿轮34经由从动正齿轮36与输出齿轮38连结。在输出齿轮38上安装有对原动旋转轴20的旋转角度进行检测的开度传感器40。

通过将DC电动机通电，小齿轮32沿着正反中的任一方向旋转，小齿轮32的旋转向原动正齿轮34、从动正齿轮36以及输出齿轮38传递。并且，在输出齿轮38旋转时，原动旋转轴20旋转。

2.使用WGV驱动装置的增压压力控制

在本实施方式1中，为了使内燃机的增压压力为目标增压压力，对WGV的闭合力或者WGV开度(以下总称为“WGV的驱动力”。)进行控制。具体而言，WGV的驱动力基于向DC电动机输入的电流值(以下也称为“驱动电流I_DCM”。)来进行控制。图3是表示DC电动机的电流指令值与DC电动机的输出转矩之间的关系的图。如图3所示，电流指令值与电动机输出转矩的关系为线形。因此，若设定适当的驱动电流I_DCM，则能够将DC电动机的输出转矩向WGV传递并控制WGV的驱动力。

2.1关于连杆比

不过，在使用四节式的连杆机构的情况下，需要考虑以该四节式的连杆机构的结构为起因的机械误差间偏差。因此，在本实施方式1中，使用连杆机构的连杆比来对WGV的驱动力进行控制。关于该连杆比，参照图4来进行说明。如图4所示，连杆比通过下述式(1)来定义。

连杆比＝(Lwg/Lact)*(sinβ/sinα)···(1)

其中，Lwg为WGV柄30的长度，Lact为ACT柄22的长度，α为WGV柄30和杆26所成的角度，β为ACT柄22和杆26所成的角度。

将原动旋转轴20的旋转角度定义为“ACT开度”。在ACT开度与连杆比之间存在关联。图5是将ACT开度和连杆比的数据标示于图表上的图。由该图可知，在增压压力控制中使用的旋转角度的范围内，与ACT开度相对的连杆比的偏差收束于可充分执行期望的WGV的驱动力的控制的范围内。因此，可以说在ACT开度与连杆比之间存在关联。图5的关系作为用于由ACT开度算出连杆比的控制映射而存储于ECU50(具备输入输出接口、CPU、存储器等的电子控制单元。参照图4)的存储器。

2.2使用连杆比的驱动电流I_DCM的设定方法

图6是说明在本实施方式1中ECU50设定驱动电流I_DCM时的控制构造的框图。需要说明的是，该控制构造通过ECU50的CPU执行存储于ECU50的存储器中的程序来实现。

如图6所示，ECU50将基本驱动电流I_{DCM_BASE}加上硬件补偿电流I_{DCM_COM}。基本驱动电流I_{DCM_BASE}是基于目标增压压力而设定的DC电动机的电流值。目标增压压力是基于内燃机的运转状态(例如转速和负荷)而设定的增压压力的目标值。硬件补偿电流I_{DCM_COM}是为了使处于全开状态的WGV向闭合方向移动而需要的最低限的DC电动机的电流值。

ECU50还进行连杆比的推定。连杆比的推定不仅对于实际的ACT开度D_{ACT_A}来进行，也对于作为目标的ACT开度D_{ACT_T}来进行。ACT开度D_{ACT_T}是基于目标增压压力而设定的ACT开度的目标值。通过将这些ACT开度应用于控制映射(参照图5)，算出实际的连杆比R_{LNK_A}以及作为目标的连杆比R_{LNK_T}。

在连杆比R_{LNK_A}以及R_{LNK_T}的算出后，ECU50计算修正系数。修正系数是连杆比R_{LNK_A}除以连杆比R_{LNK_T}所得的值。在该修正系数的算出后，ECU50将电流值(I_{DCM_BASE}+I_{DCM_COM})乘以修正系数(R_{LNK_A}/R_{LNK_T})。而且，对于该乘积值进行使用上限保护值和下限保护值的保护处理，从而获得最终的驱动电流I_DCM。

3.效果

根据以上说明的实施方式1，通过使用与ACT开度具有相关关系的连杆比，能够减小以四节式的连杆机构的结构为起因的机械误差间偏差。因此，即使在使用四节式的连杆机构的情况下，也能够提高增压压力控制的控制性。

需要说明的是，在上述实施方式1中，ACT柄相当于上述第一发明的“第一柄”。并且，WGV柄相当于上述第一发明的“第二柄”。并且，开度传感器40相当于上述第一发明的“旋转角度取得单元”。并且，ECU50相当于上述第一发明的“控制单元”。并且，连杆比R_{LNK_A}相当于上述第一发明的“实际连杆比”。连杆比R_{LNK_T}相当于上述第一发明的“目标连杆比”。

实施方式2.

接着，参照图7～图8，说明本发明的实施方式2。需要说明的是，对于与上述实施方式1重复的内容的说明，进行适当省略。

1.实施方式2的增压压力控制的特征

在上述实施方式1中，基于原动旋转轴20的旋转角度(ACT开度)来设定驱动电流I_DCM。在本实施方式2中，基于从动旋转轴16的旋转角度来设定驱动电流I_DCM。将以WGV的全闭位置为基准的从动旋转轴16的旋转角度定义为“WGV开度”。图7是说明WGV开度的图。WGV将图7所示的旁通路径闭塞时的位置为WGV的全闭位置。从该全闭位置开始绕着逆时针前进的方向为WGV开度。WGV开度也可以另外设置对从动旋转轴16的旋转角度进行检测的开度传感器来直接取得。也可以学习对WGV进行全闭操作时的ACT开度并推定从动旋转轴16的旋转角度。需要说明的是，ECU50进行WGV开度的取得处理。

在上述实施方式1中，基于ACT开度和连杆比具有相关关系而制作控制映射。在本实施方式2中，基于WGV开度与连杆比之间的相关关系来制作控制映射。由ACT开度和连杆比具有相关关系可知，WGV开度和连杆比也具有相关关系。因此，通过求出与图5同样的相关关系，能够制作用于由WGV开度算出连杆比的控制映射。该控制映射存储于ECU50的存储器。

2.使用连杆比的驱动电流I_DCM的设定方法

图8是说明在本实施方式2中ECU50设定驱动电流I_DCM时的控制构造的框图。需要说明的是，该控制构造通过ECU50的CPU执行存储于ECU50的存储器中的程序来实现。

图8的内容基本上与图6的内容相同。与图6不同的点是连杆比的推定对于实际的WGV开度D_{WGV_A}和作为目标的WGV开度D_{WGV_T}来进行。将这些WGV开度应用于控制映射时，算出实际的连杆比R_{LNK_A}以及作为目标的连杆比R_{LNK_T}。

3.效果

根据以上说明的实施方式2，通过使用与WGV开度具有相关关系的连杆比，能够减小以四节式的连杆机构的结构为起因的机械误差间偏差。因此，能够获得与上述实施方式1相同的效果。

实施方式3.

接着，参照图9～图10，说明本发明的实施方式3。需要说明的是，对于与上述实施方式1重复的内容的说明，进行适当省略。

1.实施方式3的系统的结构

在上述实施方式1以及2中，以单涡轮系统为前提。在本实施方式3中，以双涡轮系统为前提。图9是说明双涡轮系统的结构的图。图9所示的系统具备并列的两个WGV驱动装置。这些WGV驱动装置的结构与图1以及图2中说明的一样。需要说明的是，在图9中，为了便于说明，使用“R”以及“L”来表现这些WGV驱动装置的构成要素。

图9所示的系统具备与涡轮14R连接的发动机60R和与涡轮14L连接的发动机60L。发动机60R以及60L共有调压箱62以及中间冷却器64。中间冷却器64的上游侧的进气通路分支。在压缩机12R侧的进气通路上设有节气门66R和空气净化器68R，在压缩机12L侧的进气通路上设有节气门66L和空气净化器68L。涡轮14R的下游侧的排气通路与涡轮14L的下游侧的排气通路独立。在涡轮14R的下游侧的排气通路上设有催化剂消声器70R，在涡轮14L的下游侧的排气通路上设有催化剂消声器70L。

2.实施方式3的增压压力控制的特征

在上述实施方式1中，通过连杆比R_{LNK_A}除以连杆比R_{LNK_T}来算出修正系数。在本实施方式3中，针对每个WGV驱动装置来计算连杆比R_{LNK_A}和连杆比R_{LNK_T}。并且，在本实施方式3中，求出各连杆比R_{LNK_A}的平均值。然后，通过该平均值除以各连杆比R_{LNK_T}来计算修正系数。以下，为了便于说明，也将涡轮14R侧的连杆比R_{LNK_A}以及R_{LNK_T}称为“连杆比R_{LNK_AR}”以及“连杆比R_{LNK_TR}”。并且，也将涡轮14L侧的连杆比R_{LNK_A}以及R_{LNK_T}称为“连杆比R_{LNK_AL}”以及“连杆比R_{LNK_TL}”。并且，也将平均值称为“平均连杆比R_{LNK_AVE}”。

图10是说明本实施方式3中ECU50对电动ACT18R以及18L进行驱动时的处理的流程的流程图。需要说明的是，该图所示的例程通过ECU50的CPU执行存储于ECU50的存储器中的程序来实现。

在图10所示的例程中，ECU50首先读取ACT开度D_{ACT_AR}以及ACT开度_{ACT_AL}(步骤S1)。这些ACT开度是由各WGV驱动装置的开度传感器40取得的原动旋转轴20的旋转角度。

继步骤S1之后，ECU50计算连杆比R_{LNK_AR}以及R_{LNK_AL}(步骤S2)。这些连杆比通过将在步骤S1中读取的ACT开度分别应用于控制映射(参照图5)来算出。需要说明的是，也可以与该步骤S2的处理同时计算连杆比R_{LNK_TR}以及R_{LNK_TL}。

继步骤S2之后，ECU50计算平均连杆比R_{LNK_AVE}(步骤S3)。ECU50使用下述式(2)来算出平均连杆比R_{LNK_AVE}。

平均连杆比R_{LNK_AVE}＝(R_{LNK_AR}+R_{LNK_AL})/2···(2)

继步骤S3之后，ECU50计算驱动电流I_DCM(步骤S4)。ECU50首先算出连杆比R_{LNK_TR}以及R_{LNK_TL}。然后，ECU50使用下述式(3)以及(4)来算出驱动电流I_{DCM_R}以及I_{DCM_L}。需要说明的是，驱动电流I_{DCM_R}是向涡轮14R侧的DC电动机输入的电流值，驱动电流I_{DCM_L}是向涡轮14L侧的DC电动机输入的电流值。

驱动电流I_{DCM_R}＝(R_{LNK_AVE}/R_{LNK_TR})×I_{DCM_BASE}···(3)

驱动电流I_{DCM_L}＝(R_{LNK_AVE}/R_{LNK_TL})×I_{DCM_BASE}···(4)

继步骤S4之后，ECU50输出驱动电流I_{DCM_R}以及I_{DCM_L}(步骤S5)。由此，对左右的电动ACT18R以及18L进行驱动。

3.效果

根据以上说明的实施方式3，不是使用连杆比R_{LNK_AR}以及R_{LNK_AL}，而是使用作为它们的平均值的平均连杆比R_{LNK_AVE}来设定驱动电流I_{DCM_R}以及I_{DCM_L}。在与上述实施方式1一样使用连杆比R_{LNK_AR}或R_{LNK_AL}的情况下，左右的连杆比会产生差。因此，有可能涡轮14R的上游的背压和涡轮14L的上游的背压会产生差，或者涡轮14R和涡轮14L的膨胀率会产生差。

对于该点，通过使用平均连杆比R_{LNK_AVE}，即使在左右的连杆比产生差的情况下，也能够使背压差或膨胀率一致。因此，与连杆比产生差的情况相比，能够使内部EGR增加，提高燃油经济性。并且，与连杆比产生差的情况相比，还能够使清除量增加，提高增压响应。而且，还能够使各个增压器的转速上升至接近上限并提高输出性能。

其他的实施方式.

上述实施方式3的增压压力控制装置还可以如以下那样进行变形。

在上述实施方式3中，以并列配置的增压器有两个的系统为前提来进行了说明。然而，并列配置的增压器的数也可以为3以上。在增压器的数为3以上的情况下，若算出平均连杆比R_{LNK_AVE}，则也能够抑制以连杆机构间的连杆比的差为起因的不良情况的发生。

在上述实施方式3中，以实施方式1为前提，基于ACT开度与连杆比的相关关系而求出连杆比R_{LNK_AR}以及R_{LNK_AL}。然而，也可以与上述实施方式2一样，基于WGV开度与连杆比的相关关系来求出连杆比R_{LNK_AR}以及R_{LNK_AL}。

标号说明

10 增压器

12 压缩机

14 涡轮

16 从动旋转轴

18 电动致动器

20 原动旋转轴

22 ACT柄

24 原动销

26 杆

28 从动销

30 WGV柄

40 开度传感器

50 ECU。

Claims (5)

1.一种内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，具备：

排气旁通阀，设于绕过增压器的涡轮的路径；

电动式的致动器，连接于所述排气旁通阀；

连杆机构，是设于所述致动器与所述排气旁通阀之间而将所述致动器的输出向所述排气旁通阀传递的连杆机构，且具备杆、连结于所述杆的一端的第一柄和连结于所述杆的另一端的第二柄；

旋转角度取得单元，取得所述第一柄或者所述第二柄的旋转角度；以及

控制单元，对所述致动器的驱动力进行控制，

所述控制单元基于所述旋转角度来计算所述连杆机构的实际连杆比，基于内燃机的运转状态来设定所述连杆机构的目标连杆比以及所述致动器的目标驱动力，使用所述实际连杆比除以所述目标连杆比所得的值来对所述目标驱动力进行修正。

2.根据权利要求1所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，

所述实际连杆比通过下述式(1)来计算，

实际连杆比＝(L2/L1)×(sinβ/sinα)···(1)，

其中，L1为所述第一柄的长度，L2为所述第二柄的长度，α为所述第一柄和所述杆所成的角度，β为所述第二柄和所述杆所成的角度。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，

所述涡轮至少设有两个，

所述涡轮分别并列设于至少两个排气通路，

所述实际连杆比是针对每个所述连杆机构算出的实际连杆比的平均值。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，

所述第一柄位于所述杆的所述致动器侧的一端，

所述旋转角度取得单元取得所述第一柄的旋转角度，

所述控制单元基于所述第一柄的旋转角度来计算所述连杆机构的实际连杆比。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机的增压压力控制装置，其特征在于，

所述第二柄位于所述杆的所述排气旁通阀侧的一端，

所述旋转角度取得单元取得所述第二柄的旋转角度，

所述控制单元基于所述第二柄的旋转角度来计算所述连杆机构的实际连杆比。